Projekt Narodowego Centrum Radioterapii Hadronowej Paweł Olko IFJ PAN
Projekt Narodowego Centrum Radioterapii Hadronowej
Paweł Olko IFJ PAN
Plan prezentacji
1. Podstawy fizyczne radioterapii wiązkami jonów
• Projekt radioterapii oka w IFJ
• Postępy w technice radioterapii
4. Konsorcjum Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej, NCRH
5. Projekt NCRH – Faza I Centrum Cyklotronowe Bronowice- akcelerator- lokalizacja i plan architektoniczny- harmonogram inwestycji- program naukowy i medyczny
Zalety wiązek jonowych dla radioterapii
-Dobrze zdefiniowany zasięg (lepiej dla protonów)
-Małe rozproszenia wiązki (lepiej dla 12C)
-Radiobiologia dla protonów i wiązek konwencjonalnych podobna
-Wysoka gęstość jonizacji 12C ważna w leczeniu niektórych nowotworów radioopornych
Porównanie możliwości formowania wiązki: protony i fotony
% dawki maks.protony prom. X
Nowotwór obszaru głowy i szyi
Zasięg protonów w wodzie
100 10000.1
1
10
100
Za
sie
g/ c
m
Energia/MeV
oko
Całe ciało
Cyklotrony w IFJ
- pierwszy cyklotron w Polsce skonstruowany w Krakowie, 48 cm (1955, po 1990 dla UMCS Lublin)
- cyklotron klasyczny U-120 (uruchomiony 22.11.1958, zatrzymany grudzień 1994)
-cyklotron izochroniczny AIC-144 (od 1980-tych)
J. SchwabeE. BakewiczJ. SulikowskiK. GugułaG. Polok
Radioterapia szybkimi neutronami IFJ 1978-1993
-Pacjenci Centrum Onkologii Kraków Lekarz- onkolog Prof. Jan Skołyszewski- 550 pacjentów, nowotwory głowy i szyi
Zastosowania cyklotronu AIC-144
Parametry wiązki E= 56 MeV protony Wiązka wewnętrzna 20 µA Wiązka wyprowadzona 1 µA
Zastosowania:- Produkcja radioizotopów- Protonowa analiza aktywacyjna (J.W. Mietelski)- Radioterapia oka (J. Swakon)
J. Swakoń, T. Nowak, 2004
Radioizotopy cyklotronowe (B. Petelenz, E. Ochab, J. W. Mietelski)
- Wyprodukowano 16 różnych izotopów - Eksport do Monaco (IAEA, 73As), Węgry (Technical Uni., 85Sr)- Próby produkcji 123I, 67Ga, 18F dla celów medycznych
Inicjatywy radioterapii protonowejw IFJ Kraków
(1994) Projekt Centrum Radioterapii Hadronowej (Fundacja Polsko-
Niemieckie Pojednanie)
(1999) Strategiczny Program Rządowy Izotopy i AkceleratoryII.1.5 Zainstalowanie w cyklotronie AIC-144 stanowisk radioterapii
protonowej czerniaka złośliwego oka i radioterapii neutronowej (IFJ)
(2001) WIELOLETNI PROGRAM INSTYTUTÓW ATOMISTYKI KOD I.3. Tytuł zadania: Stanowisko z wiązką 250 MeV protonów
dedykowaną dla celów medycznych
(2003)OFFSET F-16 Ośrodek radioterapii protonowej (IFJ)
(2006)Doc. Bożena Romanowska –Dixon, CM UJ 4 mln zł na stanowiskoradioterapii protonowej oka
Projekt radioterapii protonowej okaPartnerzy
B. Romanowska –Dixon, Katedra Okulistyki Collegium Medicum UJ
M. Waligórski, Centrum Onkologii Oddział Kraków
M. Radwańska, AGH Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej
Pracownia radioterapii protonowej IFJ PAN
mgr U. Sowa
dr B. Michalec
dr J. Swakoń
dr T. Cywicka- Jakiel
mgr B. Dulnydr J. Dąbrowska mgr T. Nowak
Czerniak gałki ocznej
Katedra Okulistyki w Krakowie jest wiodącym (od lat 60-tych) ośrodkiem onkologii okulistycznej w Polsce
Rosnąca liczba chorych: 120 -150 nowych przypadków rocznie
Radioterapia protonowa czerniaka gałki ocznej: 90-95% wyleczalności
Pacjent zachowuje użyteczne widzenie
Treatment room (year 2000)
FACILITYInfrastruktura
Pokój terapii
Schemat stanowiska protonoterapii oka
Stanowisko radioterapii protonowej w IFJ PAN
Kompletowanie stanowiska do marca 2008Pierwszy pacjent luty 2009
Aparat rtg.
Fotel
Stanowisko formowania i diagnostyki wiązki
Układ zmiany zasięgu wiązki protonów
Układ modulatora energii wiązki protonów
Kolimator
Komora czterosegmentowa i dwupierścieniowa
Komora przelotowa
Zestaw powtarzalnego pozycjonowania
• Fotel pacjenta
• Maska termoutwardzalna
• Zacisk doustny (bite block)
• Układ prostopadłych lamp RTG
• Lampka kontrolna
• Monitoring
Zdjęcia rtg wykonane równocześnie z dwóch kierunków pozwalają ustalić położenie guza
Zasada pozycjonowania pacjenta
Aplikacja klipsów
HMI Berlin
Obrazy rtg. znaczników
Fantom okaIFJ PAN
Fantom głowyIFJ PAN
System planowania leczeniaVarian Eclipse Ocular Proton Planning
Plan leczenia:- kształt i lokalizacja guza- pozycja oka- rozkład dawki- zasięg protonów- modulacja SOBP- kształt kolimatora
M. Bajer T. Kajdrowicz
Współpraca AGH-IFJ-VARIAN
dr Mariusz Kopeć
Pierwsze centra jonoterapii budowano w oparciu o istniejące ośrodki akceleratorowe
Lata 90-te XX w.- MGH, Boston- Indiana University- Triumph,Vancouver- Orsay- Nicea- Clatterbridge- HMI, Berlin- PSI Villigen- GWI, Uppsala- GSI Darmstadt- St. Petersburg- ITEP, Moskwa- ZIBJ, Dubna- NAC (RPA)- Tsukuba- HIMAC, Chiba 27 500 pacjentów “protonowych” do roku 2000
Postępy w technice hadronoterapii
1. Wydajne, dedykowane akceleratory protonowe
(ACCEL, IBA)
2. System selekcji energii
3. Skanowanie wiązką (PSI, GSI)
4. Nowoczesne „gantry”– (IMRT)
5. PET dla wiązki 12C (GSI)
Cyklotron IBA -235 MeV
Cyklotron Accel -250 MeVNadprzewodzący, zamknięty obieg helu, moc 450 kW
Postępy w technice hadronoterapiiNowoczesne cyklotrony
Postępy w technice hadronoterapiiZmienna energia z cyklotronu?
Selektor energii firmy IBA (70 – 235 MeV)
Postępy w technice hadronoterapiiTradycyjne formowanie wiązki
kolimator kompensator zasięgu
Postępy w technice hadronoterapiiSkanowanie wiązką
Wiązka 12C, GSI DarmstadtProdukowane izotopy β+ 15O, 10C, 11C umożliwiają kontrolę gdzie „była” wiązka
Postępy w technice hadronoterapiiobraz PET weryfikuje rozkład dawki
Gantry umożliwiaobrót wiązki
dokoła pacjenta
Postępy w technice hadronoterapiiGantry
Wiązka protonów
Pierwszy dedykowany ośrodek radioterapiiprotonowej – Loma Linda, USA (1990)
do 2006 roku leczono 11,500 pacjentówsynchrotron protonowy 230 MeV
Dynamiczny rozwój ośrodków hadronoterapii
w Europie
Gotowe lub w budowie - Monachium- Essen- Heidelberg (DKFZ)- Kiel- Pawia (TERA)- PSI Villigen - Uppsala- Praga- Orsay
Wady cyklotronu AIC-144
Wyprowadzona energia 56 MeV umożliwia leczenie tylko płytko położonych guzów (ok. 60 - 70 % przypadków). Nie da się leczyć tzw. guzów pozagałkowych.
Liczne awarie cyklotronu utrudniają systematyczną pracę dla potrzeb terapii. Szereg podzespołów, zasilaczy, systemy chłodzenia – ma 50 lat.
Koszty energii elektrycznej zbyt wysokie dla komercyjnej produkcji radioizotpów np. F-18 (fluorodeoksyglukoza, FDG) dla PET
Konsorcjum Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej, NCRH
Utworzone: 12.09.2006
IFJ PAN Kraków – koordynator
Akademia Górniczo-Hutnicza
Akademia Medyczna w Warszawie,
Centrum Onkologii – Oddział w Warszawie
Centrum Onkologii - Oddział w Krakowie
Instytut Problemów Jądrowych
Politechnika Warszawska
Uniwersytet Śląski
Uniwersytet Warszawski
Ustalenia konsorcjum NCRH
Cel konsorcjum: Budowa infrastruktury oraz wykorzystanie jej do badań i radioterapii
Realizacja w dwóch etapach:
Etap I: Zakup dla IFJ cyklotronu protonowego 230-250 MeV dla celów badawczych, terapii i szkolenia kadr NCRH-CCB
Etap II: Budowa w Warszawie dedykowanego ośrodka klinicznego z wiązką protonową i 12C (2 gantry + wiązka pozioma)
Plany NCRH faza II- Dedykowany szpital
Lokalizacja: WarszawaWiązki: p + 12CStanowiska: 2 gantry protonowe + wiązka poziomaAkcelerator: raczej synchrotronKoszt: 130 mln Euro
Wizja architektoniczna 1 (wersja pierwotna)
Wizja architektoniczna 1 (wersja pierwotna)
Indykatywne wykazy indywidualnych projektów kluczowych
w ramach NSRO 2007-2013w zakresie PO IiŚ i PO IG
Konferencja prasowa27 sierpnia 2007 r.
Ministerstwo Rozwoju Regionalnego
Program Operacyjny Innowacyjna Program Operacyjny Innowacyjna GospodarkaGospodarka
Projekty badawczo-rozwojoweProjekty badawczo-rozwojowe
13II
44I
4
2
2
1
4
1
21
6
1
6
3
21
1
2
Liczba projektów podstawowych w województwie w ramach I osi priorytetowej Badania i rozwój nowoczesnych technologii
Liczba projektó
w *
Priorytet
* W ramach I osi priorytetowej realizowane są projekty B+R o zasięgu ogólnokrajowym. Na mapie wskazano siedziby instytucji odpowiedzialnych za realizację projektów.
Liczba projektów podstawowych w województwie w ramachII osi priorytetowej Infrastruktura sfery B+R
Program Operacyjny Innowacyjna GospodarkaProgram Operacyjny Innowacyjna GospodarkaProjekty badawczo-rozwojoweProjekty badawczo-rozwojowe
Projekty przyznane dla IFJ PAN
Wizja architektoniczna (wersja obecna)
Zakres projektu
Za obecne fundusze:1. Cyklotron (230-250 MeV)2. Selektor energii3. Transport wiązki do hali eksperymentalnej i pomieszczenia terapii 4. Bunkier z halą eksperymentalną 15 x 15 m25. Wyposażenie terapii oka (przeniesione)6. Budynek laboratoryjny (500 m2)
Jeśli zdobędziemy dodatkowe 15 mln Euro:7. Bunkier na gantry8. Gantry z wiązką skanującą9. Budynek medyczny
Harmonogram projektu (pesymistyczny)
Uzyskanie decyzji lokalizacyjnej 10.2008
Ogłoszenie przetargu głównego 02.2009
Rozstrzygniecie przetargu głównego 11.2009
Uzyskanie pozwolenia na budowę 12.2010
Budynek gotowy 06.2012
Cyklotron uruchomiony 09.2013
Zespół IFJ realizujący projekt
Dział Współpracy EuropejskiejM. ZaworaM. Lewandowska
Dział Zamówień PublicznychM. ZydekA. Knera
Dział Spraw BudowlanychB. Stachniak
Dyrekcja IFJ
Dział ZaopatrzeniaA. Konstanty
Grupa d.s.Raportu Środowiskowego
Pracownia Radioterapii Protonowej J. Swakoń
Fizyka Jądrowa A. Maj, B. Fornal
Radiobiologia W. Kwiatek, A. Cebulska -Wasilewska
Dozymetria P.Bilski, B. Marczewska
Lekarze i Fizycy Medyczni:Krzysztof Małecki, onkolog
Bożena Romanowska –Dixon, okulistaMichał Waligórski
Program naukowy i medyczny NCRH – faza I
Część naukowa• Dozymetria, mikrodozymetria, fizyka medyczna (P.Bilski,
B. Marczewska)• Radiobiologia • Fizyka jądrowa (A. Maj, B. Fornal)• GRID (M. Turała)
Część medyczna• Radioterapia gałki ocznej (leczenie ok. 100 pacjentów/rok)
- guzy pozagałkowe- guzy w okolicach nerwu wzrokowego
• Gantry: leczenie grupy ok. 500 pacjentów rocznie, wszystkie lokalizacje
Dozymetria 2-wymiarowa TLD
Czytnik z kamerą CCD
Czytnik z kamerą CCD
Źródła promieniowania dla radiobiologii dostępne w IFJ
Lampa rtg do 300 kVp Philips ok.1Gy/min
aparat terapeutyczny Theratron 780 (60Co-) ok.. 1 Gy/min (80 cm)
stanowisko do naświetlania pojedynczymi protonami (2.5 MeV) z akceleratora VdG
protony o energii 56 MeV z AIC-144
137Cs- od 200 nGy/h - 1 Gy/h
ROZKŁADY (A,Z) PRODUKTÓW ROZSZCZEPIENIA ROZKŁADY (A,Z) PRODUKTÓW ROZSZCZEPIENIA – – STRUKTURA EGZOTYCZNYCH JĄDERSTRUKTURA EGZOTYCZNYCH JĄDER
Przykład: pomiar rozkładu izotopowego produktów reakcji p + 238U dla Ep ∈ (60, 250 MeV)
METODA: dyskretna spektroskopia gamma produktów rozszczepienia indukowanego protonami o energii 60 – 250 MeVCEL: a) produkcja i badanie struktury egzotycznych jąder
b) pomiar izotopowych rozkładów produktów rozszczepienia dla różnych tarcz - potencjalne zastosowanie w procesach transmutacji odpadów radioaktywnych
Tematyka naukowa:
A. Maj, B. Fornal, M. Kmiecik, R. Broda, J. Styczeń, P. Bednarczyk, K. Mazurek,…
Projekt stanowiska eksperymentalnego:
M. Kmiecik, W. Męczyński, P. Bednarczyk, A. Czermak, M. Ziębliński, W. Królas, T. Pawłat, …
GRUPY ROBOCZEGRUPY ROBOCZE
Każdy kto chciałby się
przyłączyć będzie mile widziany!
Podsumowanie
• Ukończono przygotowywanie stanowiska radioterapii oka w IFJ Kraków Przyjęcie pierwszego pacjenta planowane w pierwszej połowie 2009
• Projekt Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej został wpisany na listę indykatywną dużych projektów z Funduszy Strukturalnych na lata 2007-2013 z kwotą 25 mln Euro.
• Projekt przewiduje budynku składającego się z bunkra cyklotronu, hali eksperymentalnej, stanowiska terapii oka oraz zakup akceleratora przyspieszającego protony do energii230-250 MeV, selektora energii systemu rozprowadzenia wiązki.
• Będziemy podejmować starania o pełne wykorzystanie możliwości cyklotronu poprzez instalację obracanego ramienia typu gantry oraz budowę budynku medycznego. Obecne formułowany jest program naukowy przedsięwzięcia, obejmujący dozymetrię, fizykę medyczną, radiobiologię, fizykę jądrową, GRID,..
• Konsorcjum NCRH podejmuje starania aby zbudować w Warszawie dedykowaną klinikę hadronoterapii z C-12